第七章 复杂控制系统1(新).ppt

第七章 复杂控制系统 一、串级控制系统 二、均匀控制系统 三、比值控制系统 四、前馈控制系统 第一节 串级控制系统 一、概述 燃料在炉膛燃烧后，是通过炉膛与原料油的温度将热量传给原料油的。能否以炉膛温度作为被控变量组成单回路控制系统呢？ 当然这样做会使控制通道容量滞后减少，时间常数约为3min，控制作用比较及时，但是炉膛温度毕竟不能真正代表原料油的出口温度。原料油本身流量或入口温度变化仍会影响出口温度。 分析工艺，与人工控制比较 串级控制系统：在复杂控制系统中，有两个被控过程、两套测量变送装置、两台控制器和一个控制阀构成的系统称为串级控制系统。 二、串级控制系统的工作过程 三、串级控制系统的特点 小结： 串级控制系统中副回路的确定： 1、主、副变量间应有一定的联系 2、系统的主要干扰应包围在副回路中 3、在可能的情况下，应使副环包围更多的次要干扰 4.副变量的选择应考虑到主、副对象时间常数的匹配，以防“共振”的发生 5. 当对象具有较大的纯滞后而影响控制质量时，在选择副变量时应使副环尽量少包含纯滞后或不包含纯滞后 五、主、副控制器控制规律及正、反作用的选择 怎样才能在不改变主控制器正反作用的情况下，直接在串级与主控之间直接切换呢？(假如执行器气开、气关都行）。 只有当副控制器为“反”作用时。 六、控制器参数的工程整定 例 1、某聚合反应釜内进行放热反应，釜温过高会发生事故，为此采用夹套水冷却。由于釜温控制要求较高，且冷却水压力、温度波动较大，故设置控制系统如图。 解：（1）这是串级控制系统，主变量是釜内温度，副变量是夹套内温度。 （2）为了在气源中断时保证冷却水继续供应，以防止釜温过高，故控制阀应采用气关型，为“-”方向。 （3）主控制器的作用方向为“反” ，副控制器的作用方向为“反” （5）如主要干扰是冷却水压力波动，工作过程是这样的：设冷却水压力增加，则流量增加，使夹套温度下降，T2C的输出增加，控制阀关小，减少冷却水流量克服冷却水压力增加对θ2影响。 练习：P199,5 举例 某化纤厂胶液压力的控制问题 图7-7　压力与压力串级控制系统 1—计量泵；2—板式热交换器；3—过滤器 工艺要求过滤前的胶液压力稳定在0.25MPa。由于胶液粘度大，控制通道长，单回路压力控制方案效果不好。 在计量泵和冷却器之间，靠近计量泵的适当位置，选择压力测量点，并作为副变量组成一个压力与压力的串级控制系统，以提高控制质量。 只有当纯滞后环节能大部分乃至全部都可以被划入到主对象中去时，这种方法才能有效地提高系统的控制质量，否则将不会获得很好的效果。 1.控制规律的选择 控制规律是根据控制的要求来进行选择的。 为了高精度地稳定主变量。主控制器通常都选用比例积分控制规律，以实现主变量的无差控制。 副变量的给定值是随主控制器的输出变化而变化的。副控制器一般采用比例控制规律。 2.控制器正、反作用的选择 （1）串级控制系统中的副控制器作用方向的选择 根据工艺安全等要求，选定执行器的气开、气关形式后，按照使副控制回路成为一个负反馈系统的原则来确定。 例：图7-2所示的管式加热炉温度-温度串级控制系统中的副回路 气源中断，停止供给燃料油，执行器选气开阀，“正”方向。 燃料量加大时，炉膛温度θ2（副变量）增加，副对象“正”方向。 为使副回路构成一个负反馈系统，副控制器T2C选择“反”方向。 例：图7-5所示的精馏塔塔釜温度与蒸汽流量的串级控制系统。 基于工艺上的考虑，选择执行器为气关阀。 为使副回路是一个负反馈控制系统，副控制器FC的作用方向应选择为“正”作用。 （2）串级控制系统中主控制器作用方向的选择： 当主、副变量增加（减小）时，如果由工艺分析得出，为使主、副变量减小（增加），要求控制阀的动作方向是一致的时候， 主控制器应选“反”作用； 反之，则应选“正”作用。 例：图7-5所示的精馏塔塔釜温度与蒸汽流量的串级控制系统。 蒸汽流量（副变量）或塔釜温度（主变量）增加时，都需要关小控制阀，它们对控制阀的动作方向要求是一致的， 所以主控制器TC也应为反作用方向。 例：图7-2所示的管式加热炉串级控制系统。 主变量θ1或副变量θ2增加时，都要求关小控制阀，减少供给的燃料量，才能使θ1或θ2降下来， 所以此时主控制器T1C应确定为反作用方向。 图7-8 冷却器温度串级控制系统 冷却器温度串级控制系统是以被冷却物料出口温度为主变量，冷剂流量为副变量的串级控制系统。 分析冷却器的特性可以知道，当主变量即被冷却物料出口温度增加时，需要开大控制阀，而当副变量即冷剂流量增加时，需要关小控制阀，它们对控制阀动作方向的